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第四节
乳化剂

乳剂(emulsions)也称乳浊液,是两种互不相溶的液相组成的非均相分散体系,通常是由一种液相的小滴分散在另一种液相中而形成的,乳剂是热力学和动力学均不稳定体系。乳剂可供内服,也可外用。形成乳剂的过程称为乳化,具有乳化作用的辅料叫乳化剂,乳化剂(emulsifiers)是乳剂中除水相和油相外的重要组成部分。乳剂不稳定时,还需加入增强乳化稳定作用的物质,这种物质称为辅助乳化剂或乳化稳定剂。

机械能和降低表面张力是乳剂形成的两个基本要素。采用搅拌等机械方法对体系做功,可以制备乳剂。但当机械能消失后,由于液体表面张力作用,得到的乳剂很不稳定,分散相粒子很快聚结产生相分离。而当大液滴分散成小液滴时,体系的表面自由能增加,液滴有自发地缩小表面积的倾向,为克服表面自由能,降低体系表面张力一般会向体系中加入乳化剂,多为表面活性剂。

一、乳化剂作用原理

一般乳化剂是通过降低界面张力,形成界面膜或电屏障三种作用参与形成乳剂。

1.降低界面张力 乳化剂的作用之一是降低相界面的界面张力,起到乳化作用。根据能量最低原理,欲使液滴保持高度分散状态,可降低其表面张力,减少表面自由能,使体系稳定。

2.形成界面膜 乳化剂的作用之二是在分散液滴表面形成界面膜。当液滴的分散度很大时,具有很大的吸附能力,乳化剂能被吸附于液滴的周围,有规律地排列在液滴界面而形成界面吸附膜。界面膜在油水之间起机械屏障作用,阻止内相合并,界面膜的强度与乳化剂用量及结构有关,也决定了乳剂的稳定性。根据乳化剂的种类不同,可在O/W型乳剂中形成四种类型的界面吸附膜,即单分子膜、多分子膜、固体粉末膜、复合凝聚膜。

3.形成电屏障 某些离子型表面活性剂作乳化剂时,带电荷的基团定向排列在分散相液滴周围形成双电层,相同或相似的界面膜在互相趋近的液滴间产生电排斥力。形成电屏障,阻止了聚结,从而起到稳定作用。

二、乳化剂的分类

乳化剂种类较多,按其来源和性质的不同分为天然乳化剂、合成乳化剂与固体乳化剂等几大类。

1.天然乳化剂 因其来源不同,可分为以下两种:

(1)植物来源的天然乳化剂 常用品种有阿拉伯胶、西黄蓍胶、白及胶、果胶、杏树胶、李树胶、桃胶、琼脂、皂苷、豆磷脂、海藻酸钠等。

(2)动物来源的天然乳化剂 常用亲水性品种有卵黄、卵磷脂、明胶、胆酸钠、去氧胆酸钠等;亲油性品种有羊毛脂、胆固醇等。

2.合成乳化剂 合成乳化剂按表面活性剂的分类,分为阳离子型、阴离子型、两性离子型以及非离子型等,其中以阴离子型乳化剂与非离子型乳化剂应用得较多。

(1)阴离子型乳化剂 如硬脂酸钠、硬脂酸钾、硬脂酸钙、油酸钠、油酸钾、油酸钙、硬脂酸锌、双硬脂酸铝、三乙醇胺与硬脂酸所成的肥皂、十二烷基硫酸钠,十六烷基硫酸钠、十六烷基硫酸化蓖麻油、阿洛索OT、烷基苯磺酸钠等。

(2)非离子型乳化剂 如单甘油脂肪酸酯(O/W)、三甘油脂肪酸酯(O/W)、聚甘油硬脂酸酯(W/O)、聚甘油油酸酯(W/O)、聚甘油棕榈酸酯、聚甘油月桂酸酯、蔗糖单硬脂酸酯、蔗糖单月桂酸烷、蔗糖单油酸酯、蔗糖单棕榈酸酯、聚氧乙烯蓖麻油(cremophor E1)、聚氧乙烯氢化蓖麻油(cremophoh RH-40,RH-60)、脂肪酸山梨坦(即span类,如20、40、60、80等,W/O)、聚山梨酯(即tween类,如20、40、60、80等)、 卖泽类(myrj45、52、49等)、苄泽类(brij30、35)、平平加(paregal)1~20、西吐马哥1000、乳白灵A、乳化剂OP、泊洛沙姆(poloxamer)等。

(3)阳离子型乳化剂 该类不少具有抗菌活性,如溴化十六烷基三甲铵、溴化十四烷基三甲铵等,常与鲸蜡醇合用形成阳离子型混合乳化剂,同时有防腐作用。但因该类乳化剂毒性大,做乳化剂不如前两类使用广泛。

此外,还有半合成的高分子化合物,如纤维素衍生物(甲基纤维素和羧甲基纤维素等),也具有乳化、增稠和稳定作用,可作O/W型乳化剂。

3.固体乳化剂 本类为一些溶解度小、极其细微的固体粉末。乳化时可在油与水间形成稳定的界面膜,防止分散相液滴彼此接触合并,且不受电解质影响,可与天然乳化剂和表面活性剂配合使用。根据亲和性,可分为以下两类:

(1)O/W型乳化剂 为亲水性乳化剂,能被水更多的湿润,可用于制备O/W型乳剂。常用的有氢氧化镁、氢氧化铝、二氧化硅、硅皂土、白陶土等。

(2)W/O型乳化剂 为疏水性乳化剂,能被油更多的湿润,可用于制备W/O型乳剂。常用的有氢氧化钙、氢氧化锌、硬脂酸镁等。

4.辅助乳化剂 辅助乳化剂(auxilialy emulsifying agenta)主要是指与乳化剂合并使用能增加乳剂稳定性的乳化剂。辅助乳化剂本身无乳化能力或乳化能力极低,但与乳化剂合用后,能与乳化剂形成复合凝聚膜,增加黏度,并增强乳化膜的强度,防止乳滴合并,从而增强乳剂的稳定性。

(1)增加水相黏度的辅助乳化剂 如甲基纤维、羧甲基纤维素钠、羟丙基纤维素、海藻酸钠、琼脂、西黄蓍胶、阿拉伯胶、黄原胶、瓜耳胶、果胶、骨胶原(collagen)、皂土等。

(2)增加油相黏度的辅助乳化剂 如鲸蜡醇、蜂蜡、单硬脂酸甘油酯、硬脂酸、硬脂醇等。

三、乳化剂的选用

(一)乳化剂的基本要求

乳化剂是乳剂必不可少的重要组成部分。优良的乳化剂应使乳剂分散度大、稳定性好、不易受外界因素影响,分散相浓度增大时不转相。因此乳剂应具备下列基本要求:

1.有较强的乳化能力,能显著降低油水两相之间的表面张力,并能在乳滴周围形成牢固的乳化膜。

2.本身不具生理活性,对机体无毒副作用、无刺激性,有一定的生理适应能力。

3.化学性质稳定,不与乳剂处方中药物和其他成分发生作用,不影响药物的吸收;不易受pH值及乳剂储存时温度变化的影响,不受微生物的分解和破坏。

(二)乳化剂的选用

乳化剂的选择应根据乳剂的类型、给药途径、药物的性质(如毒性、刺激性、溶血性等安全因素)、处方的组成、欲制备乳剂的类型、乳化方法(要求有最大的效能和效率)等综合考虑。

1.根据乳剂的类型选择 乳化剂主要分为水包油型(O/W)和油包水型(W/O)两大类。O/W型乳剂应选择O/W型乳化剂,W/O型乳剂应选择W/O型乳化剂。HLB值是选择乳化剂的重要依据。理论上HLB值在3~8的适于W/O型乳化剂,而在8~16的适用于O/W型乳化剂。

2.根据乳剂给药途径选择

(1)口服乳剂 须无毒、无刺激性。一般为O/W型乳剂。用于制备内服O/W乳浊液的乳化剂常用天然亲水性高分子乳化剂如阿拉伯胶、西黄蓍胶、明胶等,根据需要也可选用毒性小的非离子表面活性剂类乳化剂,如脂肪酸山梨坦类、聚山梨酯类、脂肪酸蔗糖酯等。

(2)外用乳剂 可以选用无刺激性的阴离子及非离子型表面活性剂及固体粉末为乳化剂。应特别注意用于破裂皮肤的乳剂,它可能被吸收而出现毒性症状。外用乳剂可以是O/W型或W/O型,O/W型的乳剂除可以选择上述各种乳化剂外,还有十二烷基硫酸酯钠、硬脂酸三乙醇胺、一价皂如油酸钠及自乳化单硬脂酸甘油酯(单硬脂酸甘油一般加入少量一价皂或烷基硫酸盐制成)。外用W/O型乳剂可在皮肤上留下保护油层,且不易洗去。可选择的乳化剂有多价肥皂如棕榈酸钙、司盘类、胆甾醇、羊毛脂以及固体粉末,不宜采用高分子溶液。

3.根据乳化剂性能选择 乳化剂的种类很多,其性能各不相同。乳剂应选择乳化能力强、性质稳定、受胃肠生理因素和外界因素(酸、碱、盐、pH值等)影响小、无毒、无刺激性的乳化剂。

4.混合乳化剂的选择 在实际工作中,常使用混合乳化剂,混合乳化剂有许多特点:①可调节HLB值,改善乳化剂的亲油亲水性,使其具有更强的适应能力。如磷脂与胆固醇混合比例为10∶1时可形成O/W型乳化剂,比例为6∶1时则形成W/O型乳剂。②可增加乳化膜的牢固性,使用混合乳化剂(一种为油溶性,另一种为水溶性),可在空气-水及油-水界面形成稳定的复合膜,从而提高乳剂的稳定性。如油酸钠为O/W型乳化剂,与鲸蜡醇、胆固醇等亲油性乳化剂混合使用,可形成络合物,增强乳化膜的牢固性,使乳剂稳定。③改善乳剂的黏度。乳剂中加入混合乳化剂能增加乳剂的黏度,降低油、水分层速度,调节乳剂的稠度、柔润性和涂展性等,提高了乳剂的稳定性。如阿拉伯胶与西黄蓍胶、果胶等合用可增加水相的黏度。

乳化剂混合使用其一般原则为:①类型相反的如W/O和O/W型离子型乳化剂不能混合使用。②阴离子型表面活性剂和阳离子型表面活性剂不能混合使用。③非离子型乳化剂可与其他乳化剂混合使用。④天然乳化剂可以混合使用。一般是非离子表面活性剂相互混合使用或与离子表面活性剂混合使用。加入一些对降低表面张力具有协同作用的物质在乳化体系中,也可以提高乳化效能和效率,如卵磷脂与胆固醇的配合,加入水溶性纤维素以及十六醇、十八醇等高级醇等。⑤与药物具有相反电荷的离子型表面活性剂也不能选用。

乳化剂混合使用必须符合油相对HLB值的要求,乳化油相所需HLB值列于表3-7。

表3-7 乳化油相所需HLB值

如果两种乳化剂的HLB值相差不大,根据乳化剂HLB值的加和性(仅适合于非离子表面活性剂)可计算混合乳化剂的HLB值。

四、乳化剂的常用品种

阿拉伯胶
acacia

【别名】 gum arabic,gum acacia。

【分子量】 240000~580000。

【来源及制法】 本品系自阿拉伯胶树Acacia Senegal(Linne)Willdenow或同属近似树种的枝干得到的干燥胶状渗出物。

【性状】 本品为白色至微黄色薄片、颗粒或粉末;在水中略溶,在乙醇中不溶。

【作用与用途】 阿拉伯胶为天然多糖,无毒、安全,具有乳化、增稠、助悬、黏合等作用。在药剂中用作乳化剂、助悬剂、黏合剂、缓释材料和微囊囊膜材料。

由于阿拉伯胶结构上带有部分蛋白物质及结构外表的鼠李糖,使得阿拉伯胶有非常良好的亲水亲油性,可形成O/W型乳剂,适于乳化植物油和挥发油。阿拉伯胶广泛用作内服乳剂的乳化剂。因其干燥后常形成一层硬膜,有不适感,故不宜作外用乳剂的乳化剂。因阿拉伯胶羧基离解,在油-水界面上形成具有黏弹性的高分子层膜,膜带负电,形成物理障碍和静电斥力而防止聚集合并。由于阿拉伯酸及其钙、镁盐完全溶于水,且它们同样是O/W型乳化剂,故阿拉伯胶乳剂从pH 2~10都是稳定的,而且不易被电解质破坏,除非电解质的浓度大到足以引起盐析。作乳化剂常用的浓度为10%~15%;阿拉伯胶作助悬剂使用的浓度一般为5%~10%,作黏合剂使用的浓度一般为1%~5%。

【使用注意】 阿拉伯胶浆应新鲜配制,单独使用制成乳剂容易分层,故常与西黄蓍胶、白及胶、果胶、琼脂等合用,以增加乳剂的黏度,使成品稳定。以西黄蓍胶1份与阿拉伯胶15份的比例合用最为适宜。

由于阿拉伯胶常含有氧化酶,易使胶腐败,可将胶浆液预先80℃加热30分钟破坏氧化酶。

许多盐能降低阿拉伯胶水溶液的黏度,而三价铁盐则引起凝聚。阿拉伯胶水溶液带负电,能与其他物质形成共凝聚物。在乳剂制备过程中,阿拉伯胶溶液与皂类、乙醇(95%)、鞣酸、香草醛存在配伍禁忌。与酚类、氨基比林等药物配伍时可使主药氧化变质。

【质量标准来源】 《中国药典》2015年版四部,CAS号:9000-01-5。

【应用实例】鱼肝油乳

处方:鱼肝油500mL,阿拉伯胶(细粉)125g,西黄蓍胶(细粉)4g,挥发杏仁油1mL,糖精钠0.1g,氯仿2mL,蒸馏水加至1000mL。

制法:①干胶法:取鱼肝油和阿拉伯胶粉于乳钵中研匀,加入蒸馏水250mL,迅速向同一方研磨,直至形成稠厚的初乳,再加糖精钠水溶液、挥发杏仁油、氯仿、西黄蓍胶浆与适量蒸馏水至10mL,搅匀即得。②湿胶法:先将阿拉伯胶粉与水混合形成胶浆,再将油相分次少量加入,在乳钵中研磨,乳化形成初乳(所用的油、水、胶比例也是4∶2∶1),再添加其余成分至足量。

作用与用途:本品为营养药,常用于维生素A、D缺乏症。

注解:①鱼肝油为鲛类动物Squalidae等无毒海鱼肝脏中提取的脂肪油,在0℃左右脱去部分固体脂肪后,用精炼食用植物油、浓度较高的鱼肝油或维生素A与维生素D 2 调节浓度,再加适量稳定剂制成。每1g中含维生素A应为标示量的90.0%~120.0%;含维生素D应为标示量的85%以上。②本品为水包油型乳剂;制备初乳时所用油、水、胶的比例为4∶2∶1;本品在工厂大量生产时可以采用湿胶法,即油相加到含乳化剂的水相中,在电动乳化机中制造。③本品中挥发杏仁油为芳香矫臭剂,也可以其他芳香剂代替,但不得超过1%;氯仿为防腐剂;其他方法也有采用60mL醇或60mL橙皮酊代替一部分蒸馏水,或用0.2%苯甲酸,加醇或酊剂时,必须于最后分数次加入,以免乳剂分裂。

西黄蓍胶
tragacanth

【别名】 黄蓍树胶;tragacant-ha。

【来源与制法】 本品系豆科植物西黄蓍胶树Astragalus Gummifer Labill.提取的黏液经干燥制得。

【性状】 本品为白色或类白色半透明扁平而弯曲的带状薄片,表面具平行细条纹;质硬、平坦光滑;或为白色或类白色粉末,遇水溶胀成胶体黏液。

【作用与用途】 西黄蓍胶具有乳化、助悬、胶凝、黏滑、成膜等作用,为常用的乳化剂、辅助乳化剂、黏合剂和增稠剂。按其溶液浓度不同可制成不同黏度的制品。0.1%溶液呈稀胶浆,0.2%~2%溶液呈凝胶溶液,浓度更大时则成弹性的凝胶。

西黄蓍胶可形成O/W型乳剂,其水溶液具有较高的黏度。仅凭其黏稠性,对降低油水间界面张力的作用极微,单纯用西黄蓍胶制成的乳剂油粒较大,仅用于含挥发油的乳剂。一般采用的比例为挥发油50份、西黄蓍胶1~1.5份。因其乳化力较差,分散相颗粒粗大易于聚结,故很少单独使用,而常与阿拉伯胶合用,可增加乳剂的黏度,不致分层。普通的混合比例为西黄蓍胶1份、阿拉伯胶9~14份。

【使用注意】 本品在乙醇中不溶,而遇水极易膨胀。在配制胶浆时,宜先用乙醇湿润然后加入全量水,方可制得良好胶浆。

【质量标准来源】 《中国药典》2015年版四部,CAS号:9000-65-1。

明胶
gelatin

详见第五章第八节。

聚氧乙烯蓖麻油

聚氧乙烯蓖麻油是由环氧乙烷和蓖麻油反应制得。根据环氧乙烷摩尔数的不同,而有聚氧乙烯(10)蓖麻油、聚氧乙烯(35)蓖麻油、聚氧乙烯(40)蓖麻油、聚氧乙烯(60)蓖麻油、聚氧乙烯(80)蓖麻油、聚氧乙烯(90)蓖麻油等一系列的聚氧乙烯蓖麻油衍生物。为淡黄色油状液体或白色糊状物,易溶于水和乙醇及多种有机溶剂,HLB值在12~18范围内,亲水性强,常作增溶剂及O/W型乳化剂。

其他常用乳化剂见表3-8。

表3-8 其他常用乳化剂品种 iwgIvFfqeNMdmknG6XjB25XJkq57nRgcpJUXMvEvZDSOPdiTvIhbDyQ0AAuNecsn

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